Tại sao ancol bậc 3 không bị oxi hóa

Ancol nào sau đây tác dụng được với CuO (đun nóng) tạo anđehit ?

A.

B.

C.

D.

ancol bậc 1 và ancol bậc 2

Oxi hóa ancol là gì? Thế nào là oxi hóa ancol bậc 1? Đặc điểm oxi hóa ancol etylic? Hiệu suất phản ứng oxi hóa ancol? Phương trình phản ứng oxi hóa hoàn toàn của ancol?… Những thắc mắc trên đây của bạn sẽ được DINHNGHIA.VN tổng hợp trong chuyên đề oxi hóa ancol dưới đây, cùng tìm hiểu nhé!. 

Tìm hiểu về lý thuyết Ancol

Định nghĩa ancol là gì? 

• Ancol được định nghĩa là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm -OH liên kết với nguyên tử C no (C \(sp^{3}\)) của gốc hiđrocacbon.

• Ancol là sản phẩm thu được khi thay thế nguyên tử H liên kết với C \(sp^{3}\) trong hiđrocacbon bằng nhóm -OH.

Công thức tổng quát của ancol

• \(C_{x}H_{y}O_{z}\) (x, y, z thuộc \(N^{*}\); y chẵn; \(4 \leq y \leq 2x + 2; z \leq x\)): thường dùng khi viết phản ứng cháy.
• \(C_{x}H_{y}(OH)_{z}\) hay \(R(OH)_{z}\): thường dùng khi viết phản ứng xảy ra ở nhóm OH.
• \(C_{n}H_{2n+2-2k-z}(OH)_{z}\) (k = số liên kết p + số vòng; n, z là các số tự nhiên; \(z \leq n\)): thường dùng khi viết phản ứng cộng \(H_{2}\), cộng \(Br_{2}\), khi biết rõ số chức, no hay không no…

Một số lưu ý về ancol 

• Độ ancol chính là % thể tích của \(C_{2}H_{5}OH\) nguyên chất trong dung dịch \(C_{2}H_{5}OH\)
• Lần ancol chính là số nhóm OH có trong phân tử ancol.
• Bậc ancol chính là bậc của nguyên tử C liên kết với nhóm OH.

Xem chi tiết >>> Ancol là gì? Ancol etylic là chất gì? Công thức và Tính chất của Ancol

Phản ứng oxi hóa của ancol

Phản ứng Oxi hóa hoàn toàn

• \(C_{x}H_{y}O_{z} + (x + \frac{y}{4} – \frac{z}{2})O_{2} \rightarrow xCO_{2} + \frac{y}{2}H_{2}O\)
• \(C_{n}H_{2n+1}OH + \frac{3n+2}{2}O_{2} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} nCO_{2} + (n+1)H_{2}O\)
• \(C_{n}H_{2n+1}(OH)_{b} + \frac{3n+1-b}{2}O_{2} \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} nCO_{2} + (n+1)H_{2}O\)

***Chú ý:

Phản ứng đốt cháy của ancol sẽ có đặc điểm tương tự như phản ứng đốt cháy hiđrocacbon tương ứng.

• Nếu đốt cháy ancol cho \(n_{H_{2}O} > n_{CO_{2}} \rightarrow\) ancol đem đốt cháy là ancol no và \(n_{Ancol} = n_{H_{2}O} – n_{CO_{2}}\).
• Nếu đốt cháy ancol cho \(n_{H_{2}O} > 1,5n_{CO_{2}} \rightarrow\) ancol là \(CH_{3}OH\). Chỉ có \(CH_{4}\) và \(CH_{3}OH\) có tính chất này (không kể amin).
• Khi đốt cháy 1 hợp chất hữu cơ X thấy \(n_{H_{2}O} > n_{CO_{2}} \rightarrow\) chất đó là ankan, ancol no mạch hở hoặc ete no mạch hở (cùng có công thức \(C_{n}H_{2n+2}O_{x}\)).

Phản ứng Oxi hóa không hoàn toàn 

Đây chính là phản ứng với CuO hoặc \(O_{2}\) có xúc tác là Cu

• Ancol bậc I + CuO tạo anđehit:

\(RCH_{2}OH + CuO \rightarrow RCHO + Cu + H_{2}O\)

Ví dụ:

\(CH_{3}CH_{2}OH + CuO \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} CH_{3}CHO + Cu + H_{2}O\)

\(CH_{3}-CH(OH)-CH_{3} + CuO \overset{t^{\circ}}{\rightarrow} CH_{3}-CO-CH_{3} + Cu + H_{2}O\)

• Ancol bậc II + CuO tạo xeton:

\(RCHOHR’ + CuO \rightarrow RCOR’ + Cu + H_{2}O\)

• Ancol bậc III không bị oxi hóa bằng CuO.

***Chú ý:

• Khối lượng chất rắn giảm = Khối lượng CuO phản ứng – Khối lượng Cu tạo thành.
• Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố ta có:
  • \(n_{ancol} = n_{andehit} = n_{CuO} = n_{Cu} = \frac{m_{chat\, ran\, giam}}{16} = \frac{m_{sp} – m_{ancol\, bd}}{16}\)
  • Sản phẩm gồm anđehit, nước, ancol dư cho tác dụng với Na dư thì : \(n_{ancol\, bd} = 2n_{H_{2}}\)

Phản ứng Oxi hóa ancol etylic

• Phản ứng oxi hóa hoàn toàn
  • \(C_{2}H_{5}OH + 3O_{2} \rightarrow 3H_{2}O + 2CO_{2}\)
  • Hiện tượng: Rượu etylic cháy với ngọn lửa màu xanh, tỏa nhiều nhiệt và có khí \(CO_{2}\) bay lên.

• Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn
  • \(C_{2}H_{5}OH + O_{2} \rightarrow CH_{3}COOH + H_{2}O\)

Oxi hóa ancol bằng \(KMnO_{4}\)

Thí nghiệm: oxi hóa ancol etylic bằng kali pemaganat

• Khi cho ancol etylic, \(KMnO_{4}\) và \(H_{2}SO_{4}\) vào ống nghiệm rồi đun nhẹ thì trong ống nghiệm sẽ xảy ra phản ứng tạo andehit.
• Sau đó andehit tiếp tục bị oxi hóa tạo thành axit caboxylic.
  • \(CH_{3}CH_{2}OH + 2KMnO_{4} + 3H_{2}SO_{4} \rightarrow 5CH_{3}CHO + 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} +8H_{2}O\)
• Dung dịch màu hồng của \(Mn^{+7}\) nhạt màu dần và cuối cùng trở nên không màu \(Mn^{+2}\). Nếu dung dịch vẫn còn màu hồng thì thêm vào vài giọt tinh thể natri sunfit hoặc natri hiđrosunfit để khử hết tác nhân oxi hóa.
• Do hỗn hợp tạo thành sau phản ứng có tính axit nên khi cho axit fucsinsunfuro vào dung dịch chuyển sang màu vàng oxi nhận biết sự tạo thành \(CH_{3}COOH\) từ \(CH_{3}CH_{2}OH\).

Ancol bị oxi hóa bởi oxi trong dung dịch \(Mn^{2+}\)

Phương trình phản ứng:

• \(R-CH_{2}OH + \frac{1}{2}O_{2} \overset{Mn^{2+}}{\rightarrow} R-CHO + H_{2}O\)
• \(R-CH_{2}OH + O_{2} \overset{Mn^{2+}}{\rightarrow} R-COOH + H_{2}O\)

***Chú ý:

• Sản phẩm gồm axit, anđehit, nước, ancol dư tác dụng hết với Na thì: \(n_{axit} = 2n_{H_{2}} – n_{ancol\, bd}\)
• Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: \(m_{oxi} = m_{sp} – m_{ancol\, bd}\)
• Bảo toàn O: \(n_{CO_{2}} = \frac{1}{2}n_{andehit} + n_{axit}\)
• \(n_{ancol\, pu} = n_{andehit} + n_{axit}\)

Ancol bị oxi hóa bởi CuO đun bóng

Oxi hóa ancol bậc 1 thành Andehit

Oxi hóa ancol bậc 2 thành Xeton 

Hiệu suất phản ứng oxi hóa ancol

Trường hợp 1: Hiệu suất phản ứng oxi hóa ancol bậc I đạt 100%, không tạo ra axit

Do hệ số trong phản ứng đều là 1 nên ta có:

Khối lượng trung bình của hỗn hợp hơi sau phản ứng là trung bình cộng của anđehit và nước – số mol ancol phản ứng = số mol CuO phản ứng = số mol Cu = số mol nước = số mol anđehit.

Trường hợp 2: Hiệu suất phản ứng oxi hóa < 100%, có thể tạo ra axit hoặc không

• Trong sản phẩm có ancol dư nên ta có:
  • \(n_{ancol} > n_{ancol\, pu}\)
• Trong sản phẩm có ancol dư và anđehit, không có axit thì số mol hiđro linh động trước và sau phản ứng bằng nhau.
• Trong sản phẩm có axit thì số mol hiđro linh động trước phản ứng lớn hơn sau phản ứng.

Một số bài tập oxi hóa ancol thường gặp

Bài 1: Cho m gam một ancol (rượu) no, đơn chức X qua bình đựng CuO (dư), nung nóng. Sau khi phản ứng hoàn toàn, khối lượng chất rắn trong bình giảm 0,32g. Hỗn hợp hơi đã thu được có tỉ khối đối với hiđro là 15,5. Vậy giá trị của m là bao nhiêu?

Cách giải: 

Đặt công thức phân tử của ancol no, đơn chức X là : \(C_{n}H_{2n+2}O\)

Phương trình phản ứng :

\(C_{n}H_{2n+2}O + CuO \rightarrow C_{n}H_{2n}O + H_{2}O + Cu\) (1)

Gọi số mol của \(C_{n}H_{2n+2}O\) là x ta có:

Khối lượng chất rắn giảm = \(m_{CuO} – m_{Cu} = 80x – 64x = 0,32 \Rightarrow x = 0,02\)

• Cách 1 (Áp dụng sơ đồ đường chéo) : Hỗn hợp hơi gồm \(C_{n}H_{2n}O\) và \(H_{2}O\) có khối lượng mol trung bình là : 15,5.2 = 31 gam/mol.

Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có :

\(\frac{n_{C_{n}H_{2n}O}}{n_{H_{2}O}} = \frac{31-18}{(14n+16) – 31} = \frac{13}{14n – 15} = \frac{1}{1} \Rightarrow n=2\)

Vậy khối lượng của X là : m = (14n + 18).0,02 = (14.2 + 18).0,02 = 0,92 gam.

• Cách 2 (Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng) : Hỗn hợp hơi gồm \(C_{n}H_{2n}O\) và \(H_{2}O\) có khối lượng mol trung bình là 15,5.2 = 31 và có số mol là 0,02.2 = 0,04 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :

\(n_{C_{n}H_{2n+2}O} = 0,02.64 + 0,04.31 – 0,02.80 = 0,92\, gam\)

Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 3,2 gam một chất hữu cơ A (C, H, O) dẫn toàn bộ sản phẩm lần lượt qua bình 1 chứa dung dịch \(H_{2}SO_{4}\) đặc rồi qua bình 2 chứa dung dịch nước vôi trong dư. Bình 1 tăng 3,6 gam và bình 2 tạo ra 10 gam kết tủa. Xác định công thức cấu tạo của A.

Cách giải: 

Gọi CTPT của A là: \(C_{x}H_{y}O_{z}\)

Khối lượng bình 1 tăng là khối lượng của \(H_{2}O\): \(n_{H_{2}O} = \frac{3,6}{18} = 0,2\, mol\)

Bình 2 hấp thụ \(CO_{2}\): \(n_{CO_{2}} = n_{ket\, tua} = 0,1\, mol\)

Khối lượng nguyên tử O trong A: 

\(m_{O} = 3,2 – 0,2.2 – 0,1.12 = 1,6\, g \Rightarrow n_{O} = 0,1\, mol\)

Ta có: x:y:z = 0,1 : 0,4 : 0,1 = 1:4:1 

\(\Rightarrow\) CTCT của A là: \(CH_{3}OH\)

Bài 3: Oxi hóa 1,5 gam ancol đơn chức (X) bằng oxi (xúc tác thích hợp) được 1,16 gam andehit tương ứng (hiệu suất phản ứng 80%). X có công thức cấu tạo là?

Cách giải: 

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

\(1,2 + 32.\frac{a}{2} = 1,16 + 18a \Rightarrow a = 0,02\, mol\)

\(M_{ancol} = \frac{1,2}{0,02} = 60\)

\(\Rightarrow R + 14 + 17 = 60 \Rightarrow R = 29\)

Vậy công thức của ancol X là: \(C_{2}H_{5}-CH_{2}OH\)

Như vậy, bài viết trên đây của DINHNGHIA.VN đã giúp bạn tổng hợp những kiến thức hữu ích về chủ đề oxi hóa ancol. Nếu có bất cứ câu hỏi nào liên quan đến chủ đề phản ứng oxi hóa ancol, đừng quên để lại ở nhận xét bên dưới nhé!. Chúc bạn luôn học tốt!.

Xem chi tiết qua video của thầy Lê Phạm Thành:

Xem thêm:

Please follow and like us: